CN108385854A - 一种智能压强调节式黏滞阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能压强调节式黏滞阻尼器，属于结构减震技术领域，本发明由电源、电磁控制器、压力传感器、电磁阀、油泵、主缸、副缸、活塞、活塞杆、连接耳环、通油管等组成，压力传感器将主缸内压力值通过导线传输到电磁控制器，电磁控制器通过控制油泵与电磁阀阀门的开闭来调节阻尼器主缸内的压强，其中主缸内部充满阻尼介质，由于活塞相对运动迫使阻尼介质通过活塞上设置的阻尼孔喷射流动，产生阻尼力，可快速降低振动幅度，消耗输入振动能量，本发明结构简单，可进行压强调节，各零部件和配件均可在工厂预制加工，减震的防护效果更好，安全系数更高，结构耐久性高，可长期使用。
Description
技术领域
本发明涉及结构减震技术领域，特别涉及一种智能压强调节式黏滞阻尼器。
背景技术
黏滞阻尼器是通过黏滞液体阻尼介质在间隙或阻尼孔中流动来产生阻尼耗散振动能量，是一种无刚度、速度相关型的耗能器，由于黏滞阻尼器具有安全，经济，合理，适用范围广，维护费用低等优点，在土木工程结构抗震和控制风压中有广泛的应用前景，并且广泛应用于已有的建筑物的抗震加固或震后修复工程及新建工程中，取得了良好的效果。由于黏滞阻尼器是结构工程中的关键性构件。在强地震动作用下或大风作用下，要求黏滞阻尼器的力学性能是稳定的，即在设计地震作用或风荷载下阻尼器的基本公式为F＝Cvα，其中F表示阻尼力，C是阻尼系数，v表示活塞运动的速度，α是速度指数。从公式可以看出，C与α均为常数，故可知速度是影响黏滞阻尼器的关键性参数，直接影响到阻尼器的耗能能力。
但是，目前结构工程是依据现行规范设计的，即其速度大小是由规范预先设定的。而规范的规定受制于现代科学技术的局限，对大地震及大风等巨灾预计并不是很准确，例如“5.12”地震强度远远超过国家规范的规定。当地震或风引起的振动速度超过黏滞阻尼器的设计值时，就可能因为黏滞阻尼器液压缸内压强过大而使缸筒破坏或密封系统破坏，导致阻尼器无法完成预设的耗能要求，主体结构因此受到安全性影响。
传统黏滞阻尼器的阻尼介质充满于主缸内，当活塞快速运动时，活塞两侧的主缸腔室将产生压力差，阻尼介质通过活塞与主缸内壁之间的缝隙喷射流动，阻尼介质仍充满于活塞两侧的主缸腔室中。阻尼介质通过活塞与主缸内壁之间的缝隙喷射流动产生的阻尼力，可快速降低振动幅度，消耗输入振动能量。但活塞两侧的主缸腔室过大的压力差会不仅产生阻尼器的动刚度，引起结构不正常的应力重分布，而且可能会对阻尼器的密封系统和缸筒侧壁产生破坏。随着黏滞阻尼器使用，阻尼介质会由缝隙渗出，此时，会导致主缸内的预加压强降低，传统黏滞阻尼器没有很好解决这一问题。
此外，黏滞阻尼器装设于结构上时，由于工厂装配时一般采用无压力装配，且活塞处于平衡位置，故黏滞阻尼器主缸液体压强为零。当黏滞阻尼器受振动产生运动，可能会因此引起活塞两侧的主缸腔室压强变化，但由于密封系统时液体密封，而不是气密封，黏滞阻尼器长时间使用时会导致主缸内通过密封系统进入外界空气，而使缸内压强降低。
最后结构因震动产生往复运动时，导杆带动活塞在主缸腔室内产生快速运动，由于主缸内液体来不及完全从活塞的阻尼孔由一侧压强差别过大时，滞回曲线则体现出刚度特性，将会导致结构设计预设的阻尼器力学模型不同，使结构分析设计失真而引起结构安全问题。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种可通过电磁控制器进行智能调节压强的黏滞阻尼器，不仅能提高减震消能的效果，更能提高结构的安全性和耐久性。本发明采用电磁控压系统调节主缸内压强，电磁控压系统由电源、电磁控制器、压力传感器、电磁阀、油泵组成。在左主缸与右主缸上开孔，该孔洞截面与通油管截面相同，将通油管下部通过密封焊接在两个孔洞处，通过螺栓将通油管的下部与上部相连，其作用为通油管损坏时便于维修与更换(如图5所示)。通油管设有两个电磁阀，分别是左电磁阀与右电磁阀，电磁阀两端的通道分别与通油管通过螺栓密封连接(如图7所示)，故当两个电磁阀都开启时，使用通油管和电磁阀将左主缸与右主缸连通，并可使阻尼介质流通。压力传感器由压力敏感元件、转换元件、变换电路和外接电源构成，其作用为实时记录两个主缸内黏滞阻尼介质的压力值，通过螺栓连接于主缸的缸壁上(如图5所示)。电磁控制器是按照顺序改变主电路和改变电路中的电阻值来控制电磁阀的启闭的主令装置，其通过导线分别连接压力传感器、电磁阀与油泵，电磁控制系统的作用为接受压力传感器输出的压力值，对主缸内压强进行判断，对电磁阀输出开启或关闭指令，或者控制油泵的吸或压。油泵有吸油模式与压油模式，吸油模式是电磁控制器控制油泵将主缸中的阻尼介质吸入储油缸，压油模式是电磁控制器控制油泵将储油缸中阻尼介质压入主缸。本发明采用的电源为蓄电池供电，蓄电池设置在电磁控制器上方，电源供电给电磁控制系统。
采用上述结构后，当黏滞流体阻尼器在两端产生相对运动时，活塞在缸体内产生相应的往复运动，活塞上一侧的压力传感器将实时地把主缸内的压力值输入到控制器。控制器实时地判断压强是否达到预设的调节阀值。调节阀值是根据主缸与密封件强度并考虑安全系数而设置的。该调节阀值应保证在较大地震或者风振作用下主缸的安全，并保证不会对密封系统产生破坏。此外，该调节阀值也不能过小，以保证阻尼器保持高效的耗能效果。控制器通过压力传感器实时输出的压力值进行判断，当该压力值超过调节阀值的时候，发出控制指令控制电磁阀的开启或者油泵打开吸油模式，在向阻尼器充入阻尼介质时就对主缸内预加压力，使主缸内阻尼介质压强达到一个预设阀值20MPa，当主缸压力值低于预设阀值的时候，电磁控制器控制油泵向主缸压入阻尼介质。电磁阀开启时，主缸内左与右主缸内的阻尼介质会通过通油管流通。由于阻尼器活塞杆的运动，总是压缩其中的某个主缸，而另外一个主缸体积跟随变大，故体积压缩的主缸内阻尼介质的压强可能在运动中不断增大，甚至在某些极端状况下威胁到阻尼器本身的安全，而体积跟随变大的另外一个主缸的压强变化是相反的，甚至可能变成负压。两个主缸的阻尼介质因电磁阀开启而发生通过通油管的液体流通，可起到迅速减小主缸内液体压强的作用。为了不让阻尼器的关键参数C和α不受到很大的影响，必须保证这种阻尼介质流通快速发生，从而不影响活塞杆出阻尼孔的流体喷射机理。故通油管的截面面积设置为阻尼孔截面面积的三倍以上，当缸内压强超过第一调节阀值时一般约为30～40MPa，电磁控制器控制左电磁阀、右电磁阀同时打开，油泵不工作；缸内压强超过第二调节阀值时，一般约为50～60MPa时，电磁控制器控制左电磁阀、右电磁阀同时打开，并且油泵处于吸油模式。这可使左主缸与右主缸内的压强迅速稳定，降低风险系数，此外，本阻尼器结构简单，可进行压强调节，各零部件和配件均可在工厂预制加工，经济合理，因而扩大了其适用范围。采用这种智能调节压强黏滞阻尼器可保证其滞回曲线稳定，减震的防护效果更好，安全系数更高，结构耐久性高，可长期使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为智能压强调节式黏滞阻尼器整体示意图；
图2为智能压强调节式黏滞阻尼器正视图；
图3为智能压强调节式黏滞阻尼器俯视图；
图4为智能压强调节式黏滞阻尼器侧视图；
图5为通油管和压力传感器与主缸的连接示意图；
图6为通油管与储油缸与油泵的连接示意图；
图7为通油管与电磁阀的连接示意图；
图8为工作过程1中阻尼器内阻尼介质流向示意图；
图9为工作过程2中阻尼器内阻尼介质流向示意图；
图10为工作过程3中阻尼器内活塞运动方向与阻尼介质流向示意图；
图11为工作过程4中阻尼器内活塞运动方向与阻尼介质流向示意图；
图12为工作过程5中阻尼器活塞运动方向内与阻尼介质流向示意图；
图13为工作过程6中阻尼器活塞运动方向内与阻尼介质流向示意图。
在所有附图中，1为左连接耳环；2为副缸；3为左主缸；4为活塞杆；5为活塞；6为右主缸；7为右连接耳环；8为压力传感器；9为左电磁阀；10为右电磁阀；11为储油缸；12为电磁控制器；13为油泵；14为通油管；15为螺栓；16为阻尼孔；17间隙；18为电源；19为螺母。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
图1是按照本发明的智能调节压强式黏滞阻尼器的整体结构示意图。如图1所示，本发明的智能调节压强式黏滞阻尼器主要包括主缸、副缸、活塞、活塞杆、通油管、电磁阀、油泵、电磁控制器等，其中主缸被活塞5分为左主缸3和右主缸6，左主缸3、右主缸6、储油缸11与通油管14内充有相同的阻尼介质，储油缸11中除阻尼介质外有一定空间。活塞5设置在左主缸3和右主缸6之间并可沿其轴向方向来回运动，活塞杆4带动与之相连的活塞5一同来回运动，由此左主缸3和右主缸6内产生较大阻尼介质压强。现有技术中，各类黏滞阻尼器主缸内的压强不可调控，一旦阻尼器内的压强过大，就可能造成阻尼器的损坏并对工程结构的安全性造成很大影响。为此，本发明提供一种对传统黏滞阻尼器的改进方法，以实现对阻尼器内压强的可控调节，其特征在于其施工步骤如下：
(1)将工厂预制好的主缸与副缸的整体构件左端焊接左连接耳环1，在左主缸与右主缸内壁上开螺栓孔，在主缸上部开通油管14连通孔，各个间隙或孔处设置密封件；
(2)将压力传感器8焊接于螺母15上，如图5所示，通过螺栓旋接的方式分别连接于主缸内壁上，并将导线连接好，将工厂预制好的活塞5与活塞杆4构件伸入主缸与副缸中，在左侧通油管连通孔旁，将右主缸6外壁钢板焊接于主缸，完成主缸体的焊接，在活塞杆4右端焊接右连接耳环7，各个间隙或孔处设置密封件；
(3)将通油管14下端焊接于通油管14连通孔处，如图7所示，将通油管14与左电磁阀9或右电磁阀10通过螺母连接，将压力传感器8引出的导线接电磁控制器12后，如图4所示，将通油管2上部与下部通过螺母17相连，各个间隙或孔处设置密封件；
(4)如图1所示，将电磁控制器12与电源18放置于阻尼器主体之外，由左电磁阀9、右电磁阀10引出的导线连接电磁控制器12，电磁控制器12引出的导线连接电源18，通过通液孔利用油泵向主缸内填充阻尼介质，使主缸与通油管14充满阻尼介质，而后将通液孔进行密封处理，各个间隙或孔处设置密封件；
(5)如图1所示，将电磁控制器12与油泵13由导线相连并置于阻尼器主体之外，油泵13、储油缸11焊接在主缸外壁上，如图6所示，储油缸11、通油管14与油泵13通过油泵自带螺纹旋接，各个间隙或孔处设置密封件。
当按照本发明的压强可控式黏滞阻尼器工作时，活塞会在主缸和副缸内来回运动，并且阻尼介质经过阻尼孔时会产生黏滞阻力，由此起到减小震(振)动的效果。
上述智能压强调节式黏滞阻尼器工作过程1如下：
当阻尼器处于平衡状态时，主缸内压强是预设阀值，当左主缸3压强被压力传感器8感应到低于预设阀值，如图8所示，压力传感器8可输入指令给电磁控制器12，电磁控制器控制左电磁阀9打开，同时控制油泵13将储油缸11内阻尼介质压入左主缸3，直至左主缸3内压强达到预定阀值。
上述智能压强调节式黏滞阻尼器工作过程2如下：
当阻尼器处于平衡状态时，主缸内压强是预设阀值，当右主缸6压强被压力传感器8感应到低于预设阀值，如图9所示，压力传感器8可输入指令给电磁控制器12，电磁控制器控制右电磁阀10打开，同时控制油泵13将储油缸11内阻尼介质压入右主缸6，直至右主缸6内压强达到预定阀值。
上述智能压强调节式黏滞阻尼器工作过程3如下：
当右连接耳环7向左连接耳环1方向产生运动时，带动活塞杆4产生同样的运动，右主缸6体积增大，而左主缸3体积减少，此时阻尼介质通过活塞5上的阻尼孔产生射流，即从左主缸3中流入右主缸6。由于阻尼器的运动，左主缸3内的阻尼介质受到压迫而导致其压强增大，压力传感器8实时地将左主缸3内的压力值传输到电磁控制器12内，当输出的压力值达到第一调节阀值时，电磁控制器12发出指令控制左电磁阀9、右电磁阀10同时打开，左主缸3中的阻尼介质通过通油管14得以流入右主缸6内，阻尼介质流通方向如图10所示，使阻尼器主缸中的压力得以调节。当压力传感器8实时传输到控制器内的压力值，因阻尼介质在两个主缸中流通而使压强降低到第一调节阀值以下的时候，电磁控制器12发出指令控制左电磁阀9、右电磁阀10关闭，通过实时监控与控制，保证阻尼介质中压强不会过大而威胁阻尼器的安全。
上述智能压强调节式黏滞阻尼器工作过程4如下：
当左连接耳环1向右连接耳环7方向产生运动时，带动活塞杆4产生同样的运动，左主缸3体积增大，而右主缸6体积减少，此时阻尼介质通过活塞5上的阻尼孔产生射流，即从右主缸6中流入左主缸3。由于阻尼器的运动，右主缸6内的阻尼介质受到压迫而导致其压强增大，压力传感器8实时地将右主缸6内的压力值传输到电磁控制器12内，当输出的压力值达到第一调节阀值时，电磁控制器12发出指令控制左电磁阀9、右电磁阀10同时打开，右主缸6中的阻尼介质通过通油管14得以流入左主缸3内，阻尼介质流通方向如图11所示，使阻尼器主缸中的压力得以调节。当压力传感器8实时传输到控制器内的压力值，因阻尼介质在两个主缸中流通而使压强降低到第一调节阀值以下的时候，电磁控制器12发出指令控制左电磁阀9、右电磁阀10关闭，通过实时监控与控制，保证阻尼介质中压强不会过大而威胁阻尼器的安全。
上述智能压强调节式黏滞阻尼器工作过程5如下：
当右连接耳环7向左连接耳环1方向产生运动时，带动活塞杆4产生同样的运动，右主缸6体积增大，而左主缸3体积减少，此时阻尼介质通过活塞5上的阻尼孔产生射流，即从左主缸3中流入右主缸6。由于阻尼器的运动，左主缸3内的阻尼介质受到压迫而导致其压强增大，压力传感器8实时地将左主缸3内的压力值传输到电磁控制器12内，当输出的压力值达到第二调节阀值时，电磁控制器12发出指令控制左电磁阀9、右电磁阀10打开，同时油泵打开为吸油模式，阻尼介质流通方向如图12所示，当压力传感器8实时传输到控制器内的压力值，因阻尼介质在两个主缸中流通而使压强降低到第二调节阀值以下第一调节阀值以上的时候，电磁控制器12发出指令控制左电磁阀9、右电磁阀10继续打开，油泵关闭。当压力传感器8实时传输到控制器内的压力值，因阻尼介质在两个主缸中流通而使压强降低到第一调节阀值以下的时候，电磁控制器12发出指令控制左电磁阀9、右电磁阀10关闭，通过实时监控与控制，保证阻尼介质中压强不会过大而威胁阻尼器的安全。
上述智能压强调节式黏滞阻尼器工作过程6如下：
当左连接耳环1向右连接耳环7方向产生运动时，带动活塞杆4产生同样的运动，左主缸3体积增大，而右主缸6体积减少，此时阻尼介质通过活塞5上的阻尼孔产生射流，即从右主缸6中流入左主缸3。由于阻尼器的运动，右主缸6内的阻尼介质受到压迫而导致其压强增大，压力传感器8实时地将右主缸6内的压力值传输到电磁控制器12内，当输出的压力值达到第二调节阀值时，电磁控制器12发出指令控制左电磁阀9、右电磁阀10打开，同时油泵打开为吸油模式，阻尼介质流通方向如图13所示，当压力传感器8实时传输到控制器内的压力值，因阻尼介质在两个主缸中流通而使压强降低到第二调节阀值以下第一调节阀值以上的时候，电磁控制器12发出指令控制左电磁阀9、右电磁阀10继续打开，油泵关闭。当压力传感器8实时传输到控制器内的压力值，因阻尼介质在两个主缸中流通而使压强降低到第一调节阀值以下的时候，电磁控制器12发出指令控制左电磁阀9、右电磁阀10关闭，通过实时监控与控制，保证阻尼介质中压强不会过大而威胁阻尼器的安全。
为保证本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，对于单出杆黏滞阻尼器及其他油压减震器同样适用，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种智能压强调节式黏滞阻尼器，其特征在于：包含充满阻尼介质的左主缸(3)与右主缸(6)，所述左主缸(3)与右主缸(6)设置有活塞杆，活塞伸出右主缸(6)的一端与右连接耳环(7)固定，活塞杆伸出左主缸的一端伸入副缸(2)中，副缸与左连接耳环(1)连接，活塞杆上设置有活塞(5)，活塞(5)上设有阻尼孔(17)，活塞(5)与主缸内壁留有间隙(16)，各个孔处设置密封件，左主缸(3)、右主缸(6)内壁上装有压力传感器(8)，左主缸(3)和右主缸之间通过通油管(14)连接，在通油管(14)上分别设置左电磁阀(9)和右电磁阀(10)，油泵(13)通过焊接固定在主缸外表面，油泵(13)的回油口与通油管(14)相连，连接端位于左电磁阀(9)和右电磁阀(10)之间的通油管(14)上，进油口与储油缸(11)相连，电磁控制器(12)通过导线分别与电源(18)、压力传感器(8)、油泵(13)、左电磁阀(9)、右电磁阀(10)相连。
2.根据权利要求1所述的一种智能压强调节式黏滞阻尼器，其特征在于：所述压力传感器(8)通过螺栓(15)固定在左主缸(3)和右主缸(6)内壁上，压力传感器(8)通过导线与电磁控制器(12)相连。
3.根据权利要求1所述的一种智能压强调节式黏滞阻尼器，其特征在于：所述通油管(14)为截面为圆形或方形的管道，其截面面积不小于3倍阻尼孔(17)截面总面积，通油管(14)两端分别与左主缸(3)与右主缸(6)相连，其上设置设置左电磁阀(9)和右电磁阀(10)，电磁阀的启闭控制阻尼介质在通油管(14)中是否连通，通油管(14)内各处截面均为圆形或方形。
4.根据权利要求1所述的一种智能压强调节式黏滞阻尼器，其特征在于：所述通油管(14)设有左电磁阀(9)、右电磁阀(10)，它们均通过接收电磁控制器(12)的信号来控制其阀门的开闭。
5.根据权利要求1所述的一种智能压强调节式黏滞阻尼器，其特征在于：所述电磁控制器(12)焊接在通油管(14)上，电磁控制器(12)接收由压力传感器(8)传来的压力值，电磁控制器(12)中预设调节阀值，该调节阀值根据左主缸(3)与右主缸(6)及密封件强度并考虑安全系数而设置，一般设为20MPa到50MPa，电磁控制器(12)比较压力传感器(8)的压力值和预设调节阀值的大小后，通过导线将控制指令传输给左电磁阀(9)、右电磁阀(10)、油泵(13)。
6.根据权利要求1所述的一种智能压强调节式黏滞阻尼器，其特征在于：所述储油缸(11)焊在主缸上，储油缸(11)通过螺纹与油泵(13)的进油口旋接，储油缸(11)中储存的阻尼介质占总储存体积的一半。
7.根据权利要求1所述的一种智能压强调节式黏滞阻尼器，其特征在于：所述油泵(13)通过导线受电磁控制器(12)相连，其进油口与储油缸(11)相连，回油口与通油管(14)相连。
8.根据权利要求1所述的一种智能压强调节式黏滞阻尼器，其特征在于：所述电源(18)通过导线为电磁控制器(12)、左电磁阀(9)、右电磁阀(10)、油泵(13)与压力传感器(8)供电。
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